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Behavior

Paradigmas de formação de estimulação elétrica de extremidade inferior após lesão medular

Published: February 1, 2018 doi: 10.3791/57000
Automatic Translation
1,2, 1, 1, 3, 4
1Spinal Cord Injury and Disorders Service, Hunter Holmes McGuire VAMC, 2Department of Physical Medicine and Rehabilitation, Virginia Commonwealth University, 3Deceased, Department of Kinesiology, The University of Georgia, 4Department of Physical Medicine and Rehabilitation, Penn State Milton S. Hershey Medical Center

Summary

Lesão da medula espinhal é uma condição médica traumática que pode resultar em riscos elevados de crônicos distúrbios metabólicos secundários. Aqui, apresentamos um protocolo utilizando treinamento de superfície estimulação elétrica neuromuscular-resistência em conjunto com extremidades de baixa estimulação elétricas funcionais ciclismo como uma estratégia para amenizar vários destes problemas médicos.

Abstract

Atrofia do músculo esquelético, aumento de adiposidade e reduzida atividade física são as principais alterações observadas após lesão da medula espinhal (SCI) e estão associados com numerosas consequências para a saúde Cardiometabólica. Essas alterações são susceptíveis de aumentar o risco de desenvolver condições crônicas secundárias e afetar a qualidade de vida em pessoas com Sci. superfície resistência de estimulação elétrica neuromuscular evocada formação (EENM-RT) foi desenvolvida como uma estratégia para atenuar o processo de atrofia do músculo esquelético, diminuir a adiposidade ectópica, melhorar a sensibilidade à insulina e aumentar a capacidade mitocondrial. No entanto, a EENM-RT é limitado a apenas um grupo único músculo. Envolver vários grupos musculares dos membros inferiores pode maximizar os benefícios de saúde do treinamento. Extremidade de baixa estimulação elétrica funcional ciclismo (FES-LEC) permite a ativação de 6 grupos musculares, que é provável que evocam maior adaptação metabólica e cardiovascular. Conhecimento adequado dos parâmetros de estimulação é a chave para maximizar os resultados da formação de estimulação elétrica em pessoas com Sci. adotando estratégias para uso a longo prazo de EENM-RT e FES-LEC durante a reabilitação pode manter a integridade do sistema músculo-esquelético, um pré-requisito para ensaios clínicos, com o objetivo de restaurar a andar após lesão. O manuscrito atual apresenta um protocolo combinado usando EENM-RT antes da FES-LEC. Nós hypothesize que os músculos condicionados para 12 semanas antes de ciclismo será capazes de gerar um poder maior, ciclo contra uma resistência mais elevada e resultar em maior adaptação em pessoas com Sci.

Introduction

Estima-se que aproximadamente 282.000 pessoas nos Estados Unidos estão vivendo atualmente com medular lesão (SCI)1. Em média, há cerca de 17.000 novos casos por ano, principalmente causados por acidentes de automóvel, atos de violência e de actividades desportivas1. SCI resulta na interrupção parcial ou total da transmissão neural do outro lado e abaixo do nível da lesão2, levando a perda sensorial e/ou motor sub-lesional. Após a lesão, a atividade do músculo esquelético, abaixo do nível da lesão é muito reduzida, levando a um rápido declínio na massa magra e infiltração concomitante de gravidez ectópica tecido adiposo, ou gordura intramuscular (IMF). Estudos têm mostrado que o músculo esquelético de extremidade inferior experiências atrofia significativa dentro as primeiras semanas da lesão, continuando durante todo o fim do primeiro ano3,4. Tão logo pós-lesão de 6 semanas, os indivíduos com SCI completa experiente uma 18-46% de diminuição no tamanho do músculo sub-lesional comparado com idade e peso-abled-bodied controles. Por pós-lesão de 24 semanas, a área transversal do músculo esquelético (CSA) poderia ser tão baixa quanto 30 a 50%3. Esperimente e Dudley mostraram que o músculo esquelético continua a atrofia por 43% do tamanho original 4,5 meses pós-lesão e notou uma três vezes maior quantidade do FMI em pessoas com SCI incompleta em comparação com capacidades diferentes encorpado controla4. Perda de massa magra metabolicamente ativa resulta em uma redução na taxa metabólica basal (TMB)2,6, quais contas para ∼65 - 70% do gasto energético total diário; tais reduções na BMR podem levar a um desequilíbrio de energia prejudicial e aumentando a adiposidade após lesão2,7,8,9,10,18. Adiposidade elevada tem sido ligada ao desenvolvimento de doenças crônicas secundárias, incluindo hipertensão, tipo II diabetes mellitus (T2DM) e doença cardiovascular2,10,11, 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18. Além disso, pessoas com SCI podem sofrer de desnutrição e confiança em uma dieta de alta gordura. Ingestão de gordura dietética pode contabilizar 29 a 34% da massa gorda em pessoas com SCI, que é provavelmente um fator explicando aumento da adiposidade e a crescente prevalência de obesidade dentro da população de SCI12,13.

Resistência de estimulação elétrica neuromuscular evocada formação (EENM-RT) foi projetada para induzir a hipertrofia do músculo esquelético paralisado19,20,21,22,23, 24. Seguir a doze semanas de duas vezes por semana a EENM-RT, músculo esquelético CSA da coxa inteira, extensora e grupos do músculo flexor do joelho aumentados 28%, 35% e 16%, respectivamente,22. Dudley et al. mostrou que 8 semanas duas vezes-semanal do tamanho do músculo de EENM-RT restaurado joelho extensor para 75% do tamanho original em seis semanas pós-lesão19. Além disso, Mahoney et al. utilizado o mesmo protocolo e observou um aumento de 35% e 39% na direita e deixou o músculo reto femoris músculos após 12 semanas de EENM-RT20.

Ciclismo de extremidades funcionais do elétricas baixa estimulação (FES-LEC) é uma técnica de reabilitação comum usada para exercitar-se grupos de músculo de extremidade inferiores depois SCI25,26. Ao contrário de EENM-RT, FES-LEC se baseia na estimulação de 6 grupos musculares, o que pode resultar em maior hipertrofia e melhorias na Cardiometabólica perfil10,25,26,27, 28. Dolbow et al. encontrado o corpo de total magra massa aumentado 18,5% após 56 meses de FES-LEC em um indivíduo com SCI27. Após doze meses de três vezes por semana FES-LEC, uma mulher de 60 ano de idade com paraplegia experiente um aumento de 7,7% no total do corpo inclinar-se em massa e um aumento de 4,1% na perna magra massa28. Uso rotineiro de estimulação elétrica funcional (FES) é associado com melhora nos factores de risco das condições Cardiometabólica após SCI10,25,26.

Candidatos ideais para o treinamento de estimulação elétrica terá qualquer motor lesões completas ou incompletas, com intactos neurônios periféricos e sensação de extremidade inferior limitada. O manuscrito atual, descreve uma abordagem combinada usando EENM-RT e FES-LEC projetado para melhorar os resultados da formação de estimulação elétrica em pessoas com Sci crônica. O processo de EENM-RT usar pesos de tornozelo vai ser delineado, ao destacar as etapas-chave dentro do protocolo e o benefício geral a intervenção proporciona às pessoas com Sci crônica. O segundo tem como objetivo descrever o processo de FES-LEC projetado para maximizar o efeito Cardiometabólica global de intervenção. Trabalhos anteriores afirmou nosso racional que um protocolo de treinamento combinado pode evocar maiores resultados após 24 semanas de estimulação elétrica formação20,21,22,23,24 ,25,26,31,32,33,34,35,36.

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Protocol

O protocolo de treinamento descrito neste manuscrito é registrado com clinicaltrials.gov identificador (NCT01652040). O programa de treinamento envolve EENM-RT com pesos nos tornozelos e FES-LEC. Todo o equipamento necessário está listado na tabela 2. O protocolo do estudo e consentimento informado foram revistos e aprovados pelo Richmond Veiga institucional Review Board (IRB) e Virginia Commonwealth University (VCU) IRB. Todos os procedimentos do estudo foram explicados em detalhes para cada participante antes de começar o julgamento.

1. participante recrutamento

  1. Realize uma avaliação pré-triagem com potenciais participantes.
    1. Explicar minuciosamente os detalhes do protocolo de treinamento, incluindo a duração do estudo (24 semanas), vezes por semana (bi-semanal) e duração das sessões (EENM-RT: 30min e FES-LEC: 45-60 min).
      Nota: A EENM-RT é realizado nas primeiras 12 semanas, seguido por 12 semanas de FES-LEC.
    2. Descrever os requisitos médicos ao potencial participante, incluindo: masculino ou feminino com SCI, American Spinal lesão classificação (AIS) A, B ou C (aqueles com uma classificação de AIS "C", que são incapazes de se levantar e caminhar), 18 a 65 anos, maior que 1 ano pós-lesão, corpo índice de massa (IMC) ≤ 30 kg/m2, motor completo ou incompleto C5-L2 nível de lesão.
    3. Descrever as restrições médicas ao potencial participante, incluindo: um diagnóstico da doença cardiovascular, descontrolada tipo II diabetes mellitus ou aqueles em insulina, hipertensão não controlada, pressão sores estágio 3 ou maior, infecà § ou sintomas, osteoporose com T-Score-2.5 e gravidez para mulheres com Sci.

2. A EENM-RT

  1. Certifique-se do que participante inutiliza a sua bexiga e medir a pressão arterial e a frequência cardíaca repouso. Enquanto participante está sentado na cadeira de rodas, instrua o participante a tirar seu sapatos. Em seguida, coloque um travesseiro atrás do bezerro para amortecer a perna durante a flexão do joelho. Aplica os pesos de tornozelo (0-26 lbs) para tornozelos do participante (Figura 1).
    Nota: A inicial 2 sessões são conduzidas sem pesos nos tornozelos para assegurar que o participante pode levantar sua perna contra a gravidade.
  2. Aplique os elétrodos do carbono adesivo de dois 7,5 cm x 12,7 cm bilateralmente na pele sobre o grupo do músculo extensor do joelho.
    1. Coloque o eletrodo distal ~1/3 a distância entre a patela e dobra inguinal e medial à sua mediana do quadríceps. Coloque o eletrodo no sentido longitudinal e paralelamente ao eixo da linha média, compreendido entre o quadril e as articulações do joelho (Figura 2).
    2. Coloque o eléctrodo proximal lateralmente e adjacente à dobra inguinal sobre o músculo vasto lateral. Coloque o eletrodo no sentido longitudinal e paralelamente ao eixo da linha média (Figura 2).
  3. Definir um estimulador portátil para uma frequência de 30 Hz e uma largura de pulso retangular bifásico 450 µs e 50 µs interpulse intervalo19,20,21,22,23,24 ,37,38,39. Conecte os cabos do estimulador para cada eletrodo.
    Nota: A polaridade dos eletrodos não influencia o padrão de estimulação, enquanto os eletrodos são posicionados corretamente.
  4. Começando com a perna direita, gradualmente aumente a corrente, até uma tensão perceptível e visível é reconhecida no grupo de músculo extensor do joelho. Continue a aumentar lentamente a corrente para evocar a extensão completa do joelho (máx 200 mA). Permitir que a perna ficar estendido para 3-5 s evocar a máxima tensão nas unidades motoras ativadas.
  5. Diminua gradualmente a corrente até a abaixo 50% do alvo atual necessário para estender a perna e mova a perna excêntrica de volta à posição inicial. Recorde a amplitude atual necessária para evocar a extensão de perna inteira.
  6. Complete a formação unilateral, incluindo 4 conjuntos de 10 repetições por perna e alternar entre pernas direita e esquerdas. Permitir que a perna de descansar 3-5 s entre cada repetição e 3 min entre as séries. Se o participante não atinge a extensão completa do joelho, gravar a % de amplitude de movimento e aumentar o tempo entre as repetições.
    Nota: A fadiga muscular é definida como duas repetições consecutivas com um intervalo de movimento ≤ 25%.
  7. Tentativa de cada uma das quatro, mas se participante experimenta fadiga muscular, acabar com o conjunto atual e continuar a formação sobre a perna oposta. Se a extensão completa do joelho é alcançado sem fadiga muscular para 2 sessões de treinamento consecutivos, adicione 2 lbs de pesos de tornozelo na semana seguinte de formação.

3. FES-LEC

  1. Medir do participante descanso pressão arterial e frequência cardíaca. Posicione o participante na frente da moto de ergometro FES (Tabela de materiais), sentado em seu poder pessoal ou cadeira de rodas manual (Figura 3a, Figura 3b).
  2. Aplicar os elétrodos do carbono adesivo extensora, joelho grupos do músculo flexor e glúteo máximo bilateralmente.
    1. Para extensores de joelho, coloque o eletrodo distal (7,5 x 12,7 cm) sobre a pele 1/3 da distância entre a patela e a prega inguinal, sobre o músculo vasto medial. Coloque o eléctrodo proximal lateralmente e adjacente à dobra inguinal sobre o vasto lateral do músculo (figura 4a).
    2. Para flexores de joelho, coloque o eletrodo distal (7,5 x 10 cm) sobre a pele 2-3 cm acima da fossa poplítea. Coloque o eléctrodo proximal 20 cm acima da fossa poplítea (figura 4b). Para evitar movimento do eletrodo distal, aplique uma ligadura elástica para posicionamento seguro do eletrodo (Figura 3a).
    3. Para glúteos, instrua o participante a inclinar-se para a frente para o ergometro. Coloque dois eletrodos (5 x 9 cm) paralelo e a maior parte da barriga do músculo; permitir que ~ dois dedos de largura de separação entre os eléctrodos.
  3. Com o participante sentado na sua cadeira de rodas e centrada na frente o ergometro, conecte os cabos do estimulador para cada um dos 12 eletrodos. Verifique a frente e para trás do ergometro para certificar-se de que o participante corretamente é centrado.
  4. Certifique-se de que a cadeira de rodas do participante está bloqueada e Coloque suavemente os pés do participante (vestindo tênis) dentro dos pedais (Figura 6). Prenda a parte inferior da perna para o ergometro usando as cintas elásticas embrulhadas em um tecido cobrindo. Segura os pés do participante no lugar com o cruzamento de duas correias elástica e Velcro localizado em cada pétala (Figura 5).
  5. Depois de amarrar as pernas para o ergometro, passivamente mova que as pernas, então, observar o padrão de ciclismo. Se as pernas também são compactadas ou hiperestendida, ajustar a altura da moto e verifique novamente a posição movendo passivamente a perna.
  6. Seguro para o ergometro usando os dois ganchos extensíveis, localizados na base do ergometro, cadeira de rodas do participante. Ligue os ganchos para uma estrutura estável debaixo da cadeira de rodas (Figura 5). Coloque duas quebras de madeira debaixo das rodas da cadeira de rodas, para impedir qualquer movimento da cadeira durante a ciclagem.
  7. Definir a frequência de estimulação para 33,3 Hz, duração do pulso para 350 µs e a amplitude atual para 140, 100, 100 mA para o extensor do joelho, flexores de joelho e músculo glúteo máximo grupos, respectivamente.
  8. Defina os parâmetros do ciclo da seguinte maneira: atingir a velocidade de 40-45 rotações por minuto (RPM); torque do motor ajustável começando com 10 Nm; resistência de 1.0, 1.5 e 2.0 Nm para exercício dos estágios I, II e III.
  9. Definir o intervalo de parâmetros de treinamento da seguinte forma: 3 min "aquecer" fase; três-10min exercer estágios (estimulação); um 2-min descansando fase seguinte cada exercício de estágio; e 3 min fase "esfriar".
  10. Baseado no nível de lesão (acima ou abaixo de T4), medida a taxa de pressão e coração de sangue cada 2 a 5 min para prevenir a ocorrência de quaisquer sintomas de Disreflexia autonômica.
  11. Se a pressão arterial permanece elevada, parar o ergometro, e instruir o participante a esvaziar sua bexiga ou descansar se eles já têm anulado. Além disso, verifique se que o participante está encaixado corretamente para reduzir quaisquer pontos de pressão e verifique se os sapatos ou qualquer alças não são excessivamente apertadas. Monitore a pressão arterial intimamente cada 2 min. Se a pressão arterial se recuperar, voltar ao treinamento; se a pressão arterial permanece não recuperado, terminar a sessão e instruir o participante a ver seu médico da atenção primária.
    Nota: É vital para garantir que os participantes consistentemente tomam a sua medicação de pressão arterial, se for o caso e esvaziar sua bexiga antes de FES-ciclismo.
  12. Registro do participante frequência cardíaca, velocidade, potência, distância, resistência e estimulação % cada 30 s.
  13. Se o participante for concluída uma sessão de exercício inteiro sem fadiga (< 18 RPM de velocidade durante a ciclagem ativo), diminuir a assistência de torque do motor servo por 1 Nm a sessão seguinte, caso contrário mantenha todos os parâmetros da mesma.
  14. Se o participante for concluído duas sessões de treinamento de exercício sem fadiga ou o uso de assistência de motor servo durante estágios do exercício, aumentar a resistência por 0,5 Nm em cada estágio do exercício.

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Representative Results

Pesos de tornozelo progressivamente aumentaram para 22 participantes, mais de 16 semanas de EENM-RT (Figura 6a). Os pesos médios levantados pelos participantes foi de 19,6 ± 6,5 lb (perna direita) e ± 20 6 lbs (perna esquerda) [8-24 lb.]. Amplitude atual oscilou durante todo o julgamento para pernas direita e esquerdas (Figura 6b).

Progressão de um indivíduo com motor SCI completa após 12 semanas de treinamento de FES-LEC é destacada na tabela 1. Os resultados indicam que, com FES-LEC, há um aumento da percentagem de estimulação atual de deslocamento para a resistência aumentada do volante mais de 12 semanas de treinamento. Resistência do volante aumentou em 3 - 4 vezes em cada uma das 3 etapas durante o treinamento de 12 semanas (tabela 1). A resistência progrediu de 1.6 para 5.1 Nm (fase I), 2.12 a 5.5 Nm (fase II) e 2.12 a 5.5 Nm (fase III). É interessante notar que cada estágio 10-min foi intercalado por um período de repouso de 2 min no qual os participantes passivamente um ciclo contra 0,77 Nm.

Finalmente, potência aumentou em 2 - 4 vezes em cada uma das 3 etapas entre semana 1 e semana 12 (tabela 1). Poder progrediu de 4 a 14 W (fase I), 5.4 para 11,24 W (fase II) e 2.6 a 11 W (fase III).

Figure 1
Figura 1. Instalação de EENM-RT mostrando os eletrodos de superfície, estimulador, pesos de tornozelo bilateral e almofada travesseiro. Quatro conjuntos de dez repetições são concluídos para pernas direita e esquerdas. Pesos são progressivamente aumentados de 2 lbs cada semana se cada conjunto é completado sem fadiga muscular. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2. Joelho de eletrodos de superfície de extensor usados durante a EENM-RT. Um eletrodo é colocado ~1/3 a distância entre a patela e dobra inguinal e medial à sua mediana do quadríceps. Um segundo eletrodo é colocado lateralmente e adjacente à dobra inguinal sobre o músculo vasto lateral. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3. Anteriores (a) e laterais (b) vistas da instalação de bicicleta durante FES-LEC. O participante está sentado em sua cadeira de rodas e garantes da moto para executar FES ciclismo. Envoltórios elásticos são envolvidos em torno de cada uma das pernas para proteger o joelho distal eletrodos flexor. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4. Os eletrodos de superfície de extensor do joelho (a) usados durante a FES-LEC e o flexor do joelho de superfície eletrodos b. um eletrodo é colocado ~1/3 a distância entre a patela e dobra inguinal e medial à sua mediana do quadríceps. Um segundo eletrodo é colocado lateralmente e adjacente à dobra inguinal sobre o músculo vasto lateral. (b) apoiando a perna, um eletrodo é colocado sobre a pele 2-3 cm acima da fossa poplítea; o segundo eletrodo é colocado a 20 cm acima da fossa poplítea. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 5
Figura 5. Pé do participante é garantido para o pedal pelo cruzamento de duas tiras de elásticas, localizadas em cada pétala. É essencial que estas correias são fixadas firmemente para evitar que o pé em movimento quando andar de bicicleta contra o aumento da resistência. Cadeira de rodas do paciente é fixada a moto usando os dois ganchos extensíveis, localizados na base da moto. Uma vez anexado a cadeira de rodas, estes ganchos são dobrados e apertados para remover qualquer folga. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 6
Figura 6. A progressão dos pesos nos tornozelos (lbs) de 22 participantes ao longo de 16 semanas de EENM-RT e a progressão da atual amplitude (mA) ao longo de 16 semanas de EENM-RT. (a) peso foi aumentado 2 lbs semanalmente se o participante poderia completar 4 conjuntos de 10 repetições sem fadiga muscular. (b) durante o treinamento, amplitude atual foi gradualmente aumentada para trazer a perna em extensão completa do joelho. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Semana 1 Semana 4 Semana 8 Semana 12
Percentagem de estimulação da atual Amplitude Fase 1 74 72 88 90
Fase 2 98 96 99 100
Fase 3 100 99 100 100
Resistência do volante (Nm) Fase 1 1.0 1.5 3.1 4.5
Fase 2 1.6 2.1 3.5 5.1
Fase 3 2.1 2.5 4.0 5.5
Potência (Watts) Fase 1 4.0 6.5 10.0 14,0
Fase 2 5.4 8.4 9.3 11.2
Fase 3 2.6 7.5 8.4 11.0

Tabela 1: porcentagem de estimulação da atual amplitude, volante resistência e potência aumentada ao longo das 12 semanas de FES-LEC em um indivíduo com Sci. Resistência foi aumentada a cada semana se 2 sessões foram concluídas sem evidência de fadiga muscular (velocidade < 18 rpm). Estimulação de percentagem aumentou gradualmente ao longo de 12 semanas de treinamento. Saída de poder aumentada durante cada estágio de exercício incremental e no curso de formação. Nota: Dados são de um participante que completou 12 semanas de FES-LEC depois de terminar a 12 semanas de EENM-RT

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Discussion

O atual estudo demonstrou dois paradigmas diferentes de estimulação elétrica. Um paradigma é focada na implementação de carga progressiva para o músculo treinado para evocar a hipertrofia do músculo esquelético e a outro paradigma é destinada principalmente para melhorar o desempenho cardio-metabólicas através de reforço de capacidade aeróbia. O estudo assegurado para comparar os dois paradigmas e para destacar os prós e contras de cada um.

EENM-RT é provado para ser eficaz em restaurar tamanho muscular e hipertrofia evocando em pessoas com aguda e crônica SCI19,20,21,22,23,24. A atual intervenção baseia-se em unidades de estimulação de canal duplo que é provável que seja acessível em configurações mais clínicas ou para uso doméstico, para pessoas com Sci. Há um mito sem fundamento que o carregamento progressivo de extensora paralisado pode resultar em fratura dos côndilos do fêmur ou da tíbia. No entanto, com base na evidência atual, nós e os outros não experimentou uma única incidência de fratura. Isso pode realçar que o protocolo atual é seguro e acessível para ser usado depois da Sci.

Ao usar a EENM-RT, uma onda bifásica é preferida porque é provado ser seguro e capaz de gerar uma contração do músculo poderoso que pode se estender a perna contra a gravidade ao levantar pesos nos tornozelos. Para aqueles indivíduos com sensação intacta, a onda bifásica parece ser mais confortável e tolerável. A frequência (30 Hz), bifásico duração (400 µs) com intervalo de pulso inter (50 µs) são selecionados com base em nossa pesquisa publicada anteriormente, mostrando que o menor frequência reduz a fadiga muscular e ajuda a produzir contração tetânica dos extensores do joelho37 ,38. Uma duração de pulso de 450 µs demonstrou aumentar a ativação dos músculos estimulados e gerar maior torque evocado, garantindo assim a máximo recrutamento dos músculos paralisados durante treinamento37. Além disso, é necessário aumentar gradualmente a corrente para evitar o uso de amplitude de corrente excessiva que pode causar fadiga muscular rápida nos extensores do joelho. A estratégia de formação, incluindo a quantidade de descanso, frequência e largura de pulso são projetados para prevenir a ocorrência de eventos adversos similares ao Disreflexia autonômica, especialmente em indivíduos com um nível de prejuízo acima de T4.

EENM-RT antes de andar de bicicleta pode evocar maior hipertrofia muscular e reduzir a fadiga muscular. Força e resistência à fadiga aumentada podem otimizar FES-LEC ciclismo e maximizar os resultados de treinamento. Esperimente et al demonstraram que 12 semanas, duas vezes por semana, de EENM-RT suscitou uma mais do que 35% aumento no tamanho do músculo e diminuição da IMF e visceral tecido adiposo22. Além disso, a EENM-RT tem mostrado para aumentar transportador tipo-4 (GLUT-4) concentração de glicose, que está associada com aumento de fadiga resistência36,46. Sabatier et al relataram que a resistência à fadiga dos extensores do joelho treinado aumentou 33% após 18 semanas de EENM-RT e concluiu que a EENM-RT suficiente para evocar a hipertrofia muscular, também reduzido de fadiga muscular46. EENM-RT tem demonstrado que evocam a adaptação positiva nas mitocôndrias das células musculares. Ryan et al. Note-se uma melhoria de 25% na capacidade mitocondrial após 16 semanas de EENM-RT, duas vezes por semana, em pessoas com crônica SCI completa23. A combinada formação programa, conforme descrito no manuscrito atual, projetado para aumentar o músculo de massa e reduzir o músculo fadiga pode melhorar a saúde Cardiometabólica e contribuir para FES-LEC, sendo mais eficaz.

Há evidência limitada de adaptação Cardiometabólica após prolongada FES-LEC em pessoas com SCI. FES-LEC treinamento tem variado de 2 a 7 vezes semanais por 1,5 a 12 meses; duração do exercício tem variado de 20 a 60 min26. Após estudos usando FES-LEC mostraram uma tímida melhoria na sensibilidade à insulina e aptidão aeróbia31,32. Mohr et al mostrou que 3 dias por semana de FES-LEC prestados para 1h resultou em uma melhoria de 25% na sensibilidade à insulina em pessoas com SCI31. Da mesma forma, oito semanas de FES-LEC diária resultou em uma melhoria de 33% na sensibilidade à insulina para 5 homens com cervical SCI.32. Além disso, FES-LEC mostrou uma limitada resposta no consumo de oxigênio e demanda cardiovascular em relação ao braço aluída Ergometria (ACE) ou híbrido exercício42.

A maioria dos ensaios de FES-LEC usam alguma forma de suporte do motor onde o motor da moto se aplica forças para os pedais para ajudar a completar o ciclo. Motorização permite uma maior proporção de pessoa com SCI empreender FES, andar de bicicleta, especialmente os incapazes de gerar e manter a força muscular suficiente para girar o volante, ou aqueles com baixa tolerância à FES devido a sensação residual43. No entanto, para aqueles capazes de produzir força muscular suficiente, assistência do motor de FES-suporte pode limitar os resultados de treinamento. Por esta razão, o método atual só usa motor-suporte se o participante experimenta fadiga de músculos e durante as fases de descanso. Isso permite que o extensor do joelho, flexores de joelho e grupos do músculo glúteo para fornecer o máximo de esforço quando a bicicleta que podem maximizar adaptação Cardiometabólica, como demonstrado pelo aumento da resistência e potência de saída mais de 12 semanas de FES-LEC. Além disso, FES-LEC é limitada pela fadiga muscular rápida durante a ciclagem44, especialmente quando se utiliza o suporte de motor mínimo. Anteriormente trabalho publicado tem mostrado uma grande variabilidade na ciclismo resistência de pessoas com Sci. dez indivíduos com SCI motor-completo um ciclo usando FES Ergometria até seus músculos cansados. Um participante exercidas por um total de 3 min, enquanto outro exercido durante 10 minutos44. No estudo atual formação, procuramos fornecer uma dose de igualdade de tratamento entre os participantes sob a forma de 30 min de FES-formação. Isto irá assegurar a consistência do tratamento entre cada participante para garantir que a adaptação, ou falta dos mesmos, é estritamente devido a saída de musculatura ativada e não limitado pela duração do ciclismo.

Resultados representativos mostraram que em um indivíduo com SCI nas quais 12 semanas de FES-LEC foi precedido com 12 semanas de EENM-RT, tanto a resistência e a saída de poder aumentada ao longo da intervenção. Ao contrário de estudos anteriores que diminuíram a cadência para aumentar a resistência 43,47, o atual estudo adoptou uma estratégia para aumentar a resistência com uma velocidade de 40-45 RPM. Isto pode ser uma estratégia bem sucedida, especialmente após 12 semanas de condicionar os músculos usando EENM-RT para melhorar a qualidade de músculo22. Aplicações de estimulação elétrica, incluindo a FES-LEC, devem beneficiar muito de melhoria de qualidade do músculo48 e podem resultar em maior força e potência dos músculos treinados. Maior potência de saída pode levar a cardiovascular e óssea adaptação para atingir resultados semelhantes a que tenha sido atingido usando exercício ACE ou híbrido. A energia gerada pelos músculos durante o exercício de FES-LEC pode estimular adaptações ao osso, expondo inferiores da extremidade de ciclos de carregamento repetido com alta resistência. Por exemplo, Johnston et al mostrou uma baixa cadência de ciclismo em 2,9 que nm pode melhorar os parâmetros de saúde óssea após 6 meses de FES-LEC em pessoas com SCI, em comparação com alta cadência que gera um torque de 0.8 Nm47. O estudo demonstrou que a resistência pode ser aumentada até 5.5 Nm. Isso é dobrar a produção de torque relatada no baixo-cadência e é provável que têm maior impacto nos parâmetros do osso e saúde cardiovascular.

O ergometro usado no protocolo atual (Tabela de materiais) é operado diretamente da cadeira de rodas dos participantes, eliminando a necessidade de transferência e permitindo a estimulação de até 12 grupos do músculo da coxa, perna inferior e tronco. Optámos por estimular o quadríceps, isquiotibiais e glúteo máximo músculos da extremidade inferior. Futuros ensaios expandirá para estimular os músculos abdominais e costas em pessoas com Sci. Além disso, o ergometro pesa apenas 39 kg, tornando-se muito mais compacta e mais adaptável do que outras bicicletas FES comercialmente disponíveis. O ergometro tem também uma função de motor auxiliar ajustável, que permite que o participante a maximizar o seu treino sem suporte do motor quando apropriado. Além disso, permite o ergometro opcional motor-assistência. O protocolo atual permite que suporte motor 1) na fase de aquecimento, 2) a primeira "transição ativa" de fase 3) cada fase de repouso (primeiro 1-2 min da fase de exercício), e 4) se o participante cansa contra resistência. Durante a ciclagem ativo, o motor estiver desligado desafiar adequadamente cada participante. Fadiga muscular durante a ciclagem foi definida como o ponto onde a velocidade cai abaixo de 18 RPM. Além disso, Esperimente et al revelou o efeito do treinamento de três parâmetros de estimulação diferente, variando em duração do pulso (200, 350 e 500 µs), sobre o desempenho de ciclismo em 10 indivíduos com Sci crônica. Após um único fim de FES-LEC, o torque dos extensores de joelho caiu 33-59% e permaneceu significativamente não recuperados de 48-72 h seguintes44. Com base nesses resultados, nós acreditamos que duas vezes por semana é uma dose razoável de exercício para indivíduos com SCI crônica e permite o tempo suficiente (48 h) a recuperação dos músculos fatigados.

Durante FES-LEC, situam-se os parâmetros de estimulação para evitar qualquer episódios de Disreflexia autonômica, promovendo ainda robusto Cardiometabólica adaptação; os parâmetros de ciclismo foram concebidos com este equilíbrio na mente e são os seguintes: frequência (33,3 Hz), resistência (ajustável), alvo de velocidade (40-45 RPM) e duração do pulso (350 µs). Frequência é definida a 33,3 Hz para minimizar a fadiga muscular; amplitude atual (% estimulação) é aumentado gradualmente o ergometro para manter uma velocidade acima de 18 RPM. Descobertas recentes sugerem que uma duração de pulso superior a 350 µs durante FES Ergometria desencadeia Disreflexia autonômica em pessoas com SCI44. Além disso, uma duração de pulso de 350 µs aumentado o gasto de energia da delta quando comparado com uma duração de pulso de 200 µs. Além disso, o gasto de energia da delta não era maior quando definido como 500 µs44. A maior incidência de Disreflexia autonômica durante FES-LEC pode ser atribuída ao fato de que 6 grupos musculares são estimulados simultaneamente. Isto é susceptível de aumentar a densidade de corrente e o número dos nociceptores sendo ativado, resultando em inundações de estímulos nocivos para o sistema nervoso. Isso é improvável de acontecer durante a EENM-RT devido à formação de um grupo de músculo único; no entanto, isso pode ocorrer em pessoas com alto nível de lesões semelhantes a C6 Sci. anedótica clínica experiência mostrou que isto é susceptível de ser misturadas com formação como pessoas com SCI torna-se menos vulnerável a desenvolver Disreflexia autonômica. Os parâmetros acima mencionados foram validados para garantir a segurança do participante, maximizando os resultados de treinamento.

Existem algumas limitações que precisam ser abordadas quando considerando semelhante combinado protocolos de treinamento. Inevitavelmente, os resultados do treinamento e da composição corporal podem ser confundidos por certas variáveis; o maior sendo dietético ingestão. Para eliminar esta variabilidade tanto quanto possível, os clínicos devem avaliar relatórios de ingestão calórica em uma base semanal. A coleção de relatórios semanais, pode permitir que os clínicos a acompanhar atentamente a ingestão de calorias extra (> 300 - 500 kcal/semana de sua linha de base BMR) e instruir pessoas SCI para ajustar sua proporções de macronutrientes, conforme necessário. Além de variabilidade dietética, o atual programa de treinamento pode não ser aplicável para os 20-25% da população de SCI, quem não pode exercer usando estimulação elétrica devido à desnervação do músculo esquelético. Além disso, dados anteriores mostram que as pessoas com SCI são propensos a perder benefícios de treinamento após a cessação do programa de formação49; Portanto, intervenções clínicas devem fornecer mecanismos para garantir o respeito a longo prazo, semelhante ao reduzir a frequência de treinamento para duas vezes por semana e/ou fornecendo alternativas de Telessaúde baseado em casa24. Futuros estudos investigando os efeitos da EENM-RT e FES-LEC devem utilizar estratégias de Telessaúde para superar as barreiras socioeconômicas para exercer e incentivar o respeito a longo prazo. EENM-RT conduzida usando videoconferência Telessaúde era capaz de aumento absoluto músculo da coxa em 11% e diminuindo toda coxa IMF em 14% em cinco homens com motor completo SCI24. Treinamento foi realizado duas vezes por semana durante 8 semanas usando um estimulador portátil de bateria. Os participantes foram monitorados através de webcam para garantir segurança e instalação adequada durante todo o programa de treinamento24.

O uso da EENM-RT em combinação com FES-LEC pode ser uma estratégia eficaz para maximizar os resultados da formação de estimulação elétrica bi-semanal. Usando a EENM para estimular os músculos da coxa tem provado para evocar a hipertrofia muscular, aumentar a força e reduzir a fadiga. Os músculos da perna mais forte, mais enxuta podem ser capazes de evocar um poder maior, quando a bicicleta, mais eficientemente utilizam oxigênio e maximizar os benefícios de Cardiometabólica do treinamento em pessoas com Sci.

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Disclosures

Os autores não têm nada para divulgar.

Acknowledgments

Gostaríamos de agradecer aos participantes que dedicou tempo e esforço para participar nos estudos anteriores. Gostaríamos de agradecer a Hunter Holmes McGuire Instituto de pesquisa e serviços de lesão da medula espinhal e transtornos para fornecer o ambiente para realizar ensaios de pesquisa clínica humana. Ashraf S. Gorgey atualmente é apoiado pelo departamento de assuntos de veteranos, veterano Health Administration, pesquisa de reabilitação e desenvolvimento de serviço (B7867-W) e DoD-CDRMP (W81XWH-14-SCIRP-CTA).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
adhesive carbon electrodes (2 of each) Physio Tech (Richmond, VA, USA 23233) PT3X5
PALS3X4
E7300		 7.5' x 12.7'
7.5' x 10'
5' x 9'
TheraTouch 4.7 stimulator Richmar (Chattanooga, TN, USA 37406) 400-082 41.28' x 39.37' x 17.78' (8.91 kg)
power: 110 VAC at 60 Hz / 220VAC at 50 Hz
power consumption: 110 Watts
Red & White Lead Cords (2) Richmar (Chattanooga, TN, USA 37406) A1717 2.0 m
RT300-SL FES Ergometer Restorative Therapies, Inc. (Baltimore, MD, USA 21231) RT300-SL 80' x 49' x 92-103' (39 kg)
16 channel
speed: 15 – 55 rev/min
elastic NuStim wraps (2) Fabrifoam (Exton, PA, USA 19341) PP108666 36"
wooden wheelchair break (2) n/a n/a n/a
pillow/cushion n/a n/a standard
ankle weights n/a n/a 2-26 lb.

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References

  1. National Cord Injury Statistical Center. Facts and Figures at a Glance. , University of Alabama at Birmingham. Birmingham, AL. (2016).
  2. Gorgey, A., Dolbow, D., Dolbow, J., Khalil, R., Castillo, C., Gater, D. Effects of spinal cord injury on body composition and metabolic profile-Part I. J Spinal Cord Med. 37 (6), 693-702 (2014).
  3. Castro, M., Apple, D., Hillegass, E., Dudley, G. Influence of complete spinal cord injury on skeletal muscle cross-sectional area within the first 6 months of injury. Eur J Appl Physiol O. 80 (4), 373-378 (1999).
  4. Gorgey, A., Dudley, G. Skeletal muscle atrophy and increased intramuscular fat after incomplete spinal cord injury. Spinal Cord. 45 (4), 304-309 (2007).
  5. Elder, C., Apple, D., Bickel, C., Meyer, R., Dudley, G. Intramuscular fat and glucose tolerance after spinal cord injury - a cross-sectional study. Spinal Cord. 42 (12), 711-716 (2004).
  6. Monroe, M., Tataranni, P., Pratley, R., Manore, M., Skinner, J., Ravussin, E. Lower daily energy expenditure as measured by respiratory chamber in subjects with spinal cord injury compared with control subjects. Am J Clin Nutr. 68 (6), 1223-1227 (1998).
  7. Buchholz, A., Pencharz, P. Energy expenditure in chronic spinal cord injury. Curr Opin Clin Nutr. 7 (6), 635-639 (2004).
  8. Buchholz, A., McGillivray, C., Pencharz, P. Physical activity levels are low in free-living adults with chronic paraplegia. Obes Res. 11 (4), 563-570 (2003).
  9. Olle, M., Pivarnik, J., Klish, W., Morrow, J. Body composition of sedentary and physically active spinal cord injured individuals estimated from total body electoral conductivity. Arch Phys Med Rehab. 74 (7), 706-710 (1993).
  10. Mollinger, L., et al. Daily energy expenditure and basal metabolic rates of patients with spinal cord injury. Arch Phys Med Regab. 66 (7), 420-426 (1985).
  11. Gater, D. Obesity after spinal cord injury. Phys Med Rehabil Cli. 18 (2), 333-351 (2007).
  12. Khalil, R., Gorgey, A., Janisko, M., Dolbow, D., Moore, J., Gater, D. The role of nutrition in health status after spinal cord injury. Aging Dis. 4 (1), 14-22 (2013).
  13. Gorgey, A., et al. Frequency of Dietary Recalls, Nutritional Assessment, and Body Composition Assessment in Men with Chronic Spinal Cord Injury. Arch Phys Med Rehab. 96 (9), 1646-1653 (2015).
  14. Bauman, W., Spungen, A. Carbohydrate and lipid metabolism in chronic spinal cord injury. J Spinal Cord Med. 24 (4), 266-277 (2001).
  15. Bauman, W., Spungen, A. Disorders of carbohydrate and lipid metabolism in veterans with paraplegia or quadriplegia: a model of premature aging. Metabolism. 43 (6), 749-756 (1994).
  16. Bauman, W., Spungen, A., Zhong, Y., Rothstein, J., Petry, C., Gordon, S. Depressed serum high density lipoprotein cholesterol levels in veterans with spinal cord injury. Paraplegia. 30 (10), 697-703 (1992).
  17. Nash, M., Mendez, A. A guideline-driven assessment of need for cardiovascular disease risk intervention in persons with chronic paraplegia. Arch Phys Med Rehab. 88 (6), 751-757 (2007).
  18. Aksnes, A., Hjeltnes, N., Wahlstrom, E., Katz, A., Zierath, J., Wallberg-Henriksson, H. Intact glucose transport in morphologically altered denervated skeletal muscle from quadriplegic patients. Am J Physiol. 271 (3), E593-E600 (1996).
  19. Dudley, G., Castro, M., Rogers, S., Apple, D. A simple means of increasing muscle size after spinal cord injury: a pilot study. Eur J Appl Physiol O. 80 (4), 394-396 (1999).
  20. Mahoney, E., et al. Changes in skeletal muscle size and glucose tolerance with electrically stimulated resistance training in subjects with chronic spinal cord injury. Arch Phys Med Rehab. 86 (7), 1502-1504 (2005).
  21. Gorgey, A., Shepherd, C. Skeletal muscle hypertrophy and decreased intramuscular fat after unilateral resistance training in spinal cord injury: case report. J Spinal Cord Med. 33 (1), 90-95 (2010).
  22. Gorgey, A., Mather, K., Cupp, H., Gater, D. Effects of resistance training on adiposity and metabolism after spinal cord injury. Med Sci Sport Exer. 44 (1), 165-174 (2012).
  23. Ryan, T., Brizendine, J., Backus, D., McCully, K. Electrically induced resistance training in individuals with motor complete spinal cord injury. Arch Phys Med Rehab. 94 (11), 2166-2173 (2013).
  24. Gorgey, A., et al. Feasibility Pilot using Telehealth Video-Conference Monitoring of Home-Based NMES Resistance Training in Persons with Spinal Cord Injury. Spinal Cord Ser Cases. 3 (17039), (2017).
  25. Gater, D., Dolbow, D., Tsui, B., Gorgey, A. Functional electrical stimulation therapies after spinal cord injury. NeuroRehabilitation. 28 (3), 231-248 (2011).
  26. Gorgey, A., Dolbow, D., Dolbow, J., Khalil, R., Gater, D. The effects of electrical stimulation on body composition and metabolic profile after spinal cord injury - Part II. J Spinal Cord Med. 38 (1), 23-37 (2015).
  27. Dolbow, D., Gorgey, A., Khalil, R., Gater, D. Effects of a fifty-six month electrical stimulation cycling program after tetraplegia: case report. J Spinal Cord Med. 40 (4), 485-488 (2016).
  28. Dolbow, D., Gorgey, A., Gater, D., Moore, J. Body composition changes after 12 months of FES cycling: case report of a 60-year-old female with paraplegia. Spinal Cord. 1 (S3-S4), (2014).
  29. Gorgey, A., Cho, G., Dolbow, D., Gater, D. Differences in current amplitude evoking leg extension in individuals with spinal cord injury. NeuroRehabilitation. 33 (1), 161-170 (2013).
  30. Wade, R., Gorgey, A. Skeletal muscle conditioning may be an effective rehabilitation intervention preceding functional electrical stimulation cycling. Neural Regen Res. 11 (8), 1232-1233 (2016).
  31. Mohr, T., Dela, F., Handberg, A., Biering-Sørensen, F., Galbo, H., Kjaer, M. Insulin action and long-term electrically induced training in individuals with spinal cord injuries. Med Sci Sports Exer. 33 (8), 1247-1252 (2001).
  32. Jeon, J., et al. Improved glucose tolerance and insulin sensitivity after electrical stimulation-assisted cycling in people with spinal cord injury. Spinal Cord. 40 (3), 110-117 (2002).
  33. Kjaer, M., et al. Fatty acid kinetics and carbohydrate metabolism during electrical exercise in spinal cord-injured humans. Am J Physiol-Reg I. 281 (5), R1492-R1498 (2001).
  34. Hettinga, D., Andrews, B. Oxygen consumption during functional electrical stimulation assisted exercise in persons with spinal cord injury: implications for fitness and health. Sports Med. 38 (10), 825-838 (2008).
  35. Yarar-Fisher, C., Bickel, C., Windham, S., McLain, A., Bamman, M. Skeletal muscle signaling associated with impaired glucose tolerance in spinal cord-injured men and the effects of contractile activity. J Appl Physiol. 115 (5), 756-764 (1985).
  36. Yarar-Fisher, C., Bickel, C., Kelly, N., Windham, S., Mclain, A., Bamman, M. Mechanosensitivity may be enhanced in skeletal muscles of spinal cord-injured versus ablebodied men. Muscle Nerve. 50 (4), 599-601 (2014).
  37. Gorgey, A., Mahoney, E., Kendall, T., Dudley, G. Effects of neuromuscular electrical stimulation parameters on specific tension. Eur J Appl Physiol. 97 (6), 737-744 (2006).
  38. Gorgey, A., Black, C., Elder, C., Dudley, G. Effects of electrical stimulation parameters on fatigue in skeletal muscle. J Orthop Sports Phys. 39 (9), 84-92 (2009).
  39. Gorgey, A., et al. Effects of Testosterone and Evoked Resistance Exercise after Spinal Cord Injury (TEREX-SCI): study protocol for a randomised controlled trial. BMJ Open. 7 (4), (2017).
  40. Nelson, M., et al. Metabolic syndrome in adolescents with spinal cord dysfunction. J Spinal Cord Med. 30 (s1), 127-139 (2007).
  41. Ashley, E., et al. Evidence of autonomic dysreflexia during functional electrical stimulation in individuals with spinal cord injuries. Paraplegia. 31 (9), 593-605 (1993).
  42. Hasnan, N., et al. Exercise responses during functional electrical stimulation cycling in individuals with spinal cord injury. Med Sci Sports Exer. 45 (6), 1131-1138 (2013).
  43. Fornusek, C., Davis, G., Russold, M. Pilot study of the effect of low-cadence functional electrical stimulation cycling after spinal cord injury on thigh girth and strength. Arch Phys Med Rehab. 94 (5), 990-993 (2013).
  44. Gorgey, A., Poarch, H., Dolbow, D., Castillo, T., Gater, D. The Impact of adjusting pulse durations of functional electrical stimulation cycling on energy expenditure and fatigue after spinal cord injury. J Rehabil Res Dev. 51 (9), 1455-1468 (2014).
  45. Ryan, A., Ivey, F., Prior, S., Li, G., Hafer-Macko, C. Skeletal muscle hypertrophy and muscle myostatin reduction after resistive training in stroke survivors. Stroke. 42 (2), 416-420 (2011).
  46. Sabatier, M., et al. Electrically stimulated resistance training in SCI individuals increases muscle fatigue resistance but not femoral artery size or blood flow. Spinal Cord. 44 (4), 227-233 (2006).
  47. Johnston, T., et al. Musculoskeletal Effects of 2 Functional Electrical Stimulation Cycling Paradigms Conducted at Different Cadences for People With Spinal Cord Injury: A Pilot Study. Arch Phys Med Rehab. 97 (9), 1413-1422 (2016).
  48. Gorgey, A., Cho, G., Dolbow, D., Gater, D. Differences in current amplitude evoking leg extension in individuals with spinal cord injury. NeuroRehabilitation. 33 (1), 161-170 (2013).
  49. Gorgey, A., Martin, H., Metz, A., Khalil, R., Dolbow, D., Gater, D. Longitudinal changes in body composition and metabolic profile between exercise clinical trials in men with chronic spinal cord injury. J Spinal Cord Med. 39 (6), 699-712 (2016).

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Comportamento questão 132 lesão medular reabilitação estimulação elétrica neuromuscular estimulação elétrica funcional treinamento de resistência biomarcadores Cardiometabólica
Paradigmas de formação de estimulação elétrica de extremidade inferior após lesão medular
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Gorgey, A. S., Khalil, R. E., Lester, R. M., Dudley, G. A., Gater, D. R. Paradigms of Lower Extremity Electrical Stimulation Training After Spinal Cord Injury. J. Vis. Exp. (132), e57000, doi:10.3791/57000 (2018).

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